Энциклопедия технологии волоконных брэгговских решеток - FBG FAQ - FAQ по датчикам FBG - FAQ по демодуляторам FBG - Анализ общих проблем применения FBG
Основные принципы волоконных брэгговских решеток и датчиков на основе волоконных брэгговских решеток - Часть 2: Принципы измерения FBG
This article explains the basic principles of FBG based on actual optical waves. It helps readers understand the underlying mechanisms of FBG sensors, FBG strain sensors, и FBG temperature sensors. This article serves as a preliminary introduction to the OFSCN® capillary seamless steel tube FBG sensors produced by DCYS.
В предыдущей статье, 'Основные принципы волоконных брэгговских решеток и датчиков на основе волоконных брэгговских решеток - Часть 1: Отражение и интерференция волн,' we used sound waves as an analogy to understand the principles of OFSCN® capillary seamless steel tube FBG sensors, specifically the reflection и interference (interference) of waves.
Сегодня, основываясь на этом фундаменте, мы представим основные принципы датчиков FBG (включая принципы FBG). Эта статья также является научно-популярной, а не исследовательской. Если кто-либо обнаружит какие-либо ошибки в этой статье, пожалуйста, укажите на них.
 |
| Изображение 1 |
1. Волоконная брэгговская решетка (FBG) в датчике на основе волоконной брэгговской решетки (FBG датчик)
Датчик FBG является типом волоконно-оптического датчика. Процесс измерения основан на модуляции длины волны FBG внешними физическими параметрами для получения информации. Это волоконно-оптический датчик с модуляцией длины волны.
Изображение выше показывает схематическое представление оптического волокна с FBG (фактический диаметр 9 микрометров). Используя такие методы, как воздействие УФ-светом через фотомаску, пошаговая запись фемтосекундным лазером или другие методы обработки, в сердцевине оптического волокна формируются многочисленные слабые отражающие поверхности (более сложные решетки здесь обсуждаться не будут) с одинаковым расстоянием. Эти слабые отражающие поверхности называются волоконно-оптическими решетками, а расстояние между каждой слабой отражающей поверхностью называется шагом решетки или периодом решетки (обозначается символом Λ – пожалуйста, запомните этот символ, так как он будет использоваться в следующем тексте).
 |
2. Принципы измерения FBG и датчика FBG
Базовые измерения могут быть выполнены с использованием упомянутой выше FBG. Принцип показан на Изображении 3.
 |
3. Fomula of FBG и FBG Sensor Principle
The middle section of Изображение 3 represents a FBG or an encapsulated OFSCN® capillary seamless steel tube FBG Sensor. Broadband incident light enters the FBG sensor from one end of the grating. When the light encounters the FBG, most wavelengths of light pass through the FBG as transmitted light, while a small portion of specific wavelengths of light are reflected back (please note these specific wavelengths, which are the object of our detection and are represented by λB). There is a direct relationship between λB and the grating pitch (grating period) Λ we mentioned earlier, expressed by the mathematical formula: λB = 2neffΛ, where λ represents the reflected wavelength, neff is the refractive index of the optical fiber core, and Λ is the grating pitch (grating period).
Отраженный свет затем поступает в демодулятор FBG (не обозначенный на диаграмме) и демодулируется в сигнал длины волны λB. Поскольку датчик FBG подключен к измерительному устройству FBG, мы можем получать различный тестовый сигнал длины волны λB в каждый момент времени. Из предыдущего математического выражения мы можем понять, почему сигнал длины волны λ, возвращаемый в следующий момент, изменяется (обозначается ΔλB). Основная причина заключается в том, что шаг решетки (период решетки) Λ волоконно-оптической решетки изменился (обозначается ΔΛ).
4. Принципы FBG и датчика FBG для измерения температуры, деформации и напряжения
Теперь давайте отвлечемся от сложных математических символов и представим реальные сценарии. Что может вызвать изменение шага решетки (периода решетки) Λ?
Вы, возможно, уже догадались о первой возможной причине: сила. Когда вы прикладываете растяжение к FBG, она удлиняется, а когда вы прикладываете сжатие, она сокращается.
Вторая возможная причина – температура. FBG расширяется при нагревании, что вызывает ее удлинение, и сжимается при охлаждении, что вызывает ее сокращение.
During this process, clever individuals have associated the accurately detectable wavelength signals with three basic physical parameters: force (tension, compression), length (elongation, contraction), и temperature (heating, cooling). Therefore, the basic physical quantities that FBG Sensors can directly measure include stress, strain, и temperature (corresponding to OFSCN® capillary seamless steel tube FBG stress sensors, OFSCN® capillary seamless steel tube FBG strain sensors, и OFSCN® capillary seamless steel tube FBG temperature sensors, respectively).
 |
|
Изображение 4 |
As an introductory article about the OFSCN® capillary seamless steel tube series FBG sensor, we have simplified the mathematical calculations и considered the wavelength changes caused by stress, strain, и temperature. The mathematical calculation process for wavelength changes is more complex than the simple equation 'λB = 2neffΛ' we presented earlier. This complexity arises because the refractive index neff of the fiber optic core is also a variable. The overall formula is as follows: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT, but we will not delve into it here.
К этому моменту вы, возможно, получили некоторое представление о принципах работы FBG и датчиков FBG. Тогда какие еще проблемы существуют при переходе от теоретической FBG к практическим инкапсулированным датчикам FBG? Как можно решить эти проблемы? Мы обсудим это в следующих разделах, так что оставайтесь с нами!
Our philosophy is: 'OFSCN®, make optical fiber stronger!'
Приложение 1:
Введение к связанному видео:
DCYS is a professional fiber bragg grating sensor manufacturer, providing the principle of FBG, FBG sensor temperature measurement principle, stress measurement principle, strain principle, temperature compensation principle и seamless steel tube packaging principle; the brand of FBG sensor is 'OFSCN '.